Nascut en una família humil, el seu pare era un ferrer, va demostrar gran talent a l'escola primària de tal forma que l'inspector d'ensenyament Antonin Dubost (qui, anys més tard, va ser Ministre de Justícia i President del Senat)[1] va fer tot el possible per que pogués seguir estudiant amb beques.[2] Així, doncs, va deixar el seu poble a l'edat de deu ays per estudiar primer al College de Vienne i al Lycée de Grenoble i després al Lycée Janson de Sailly de París, fins al 1888 en que va entrar a l'École Normale Supérieure.[3] A l'ENS va tenir com a professor Henri Poincaré, qui el va influir notablement, Charles Hermite, Jules Tannery, Gaston Darboux, Émile Picard i altres grans físics i matemàtics.[4] Cartan es va graduar el 1891 i l'any següent va servir a l'exèrcit durant un any, assolint el grau de sergent.[5]
Els anys següents (1892-1894) es va dedicar al estudi intensiu de l'estructura de les àlgebres de Lie finites i complexes amb l'ajut d'una borsa d'estudis obtinguda gràcies a les seves notes excel·lents de l'ENS[6] i defensant, finalment, la seva tesi doctoral[7] sobre el tema a la Sorbona davant d'un tribunal format per Hermite, Darboux i Picard.[8]
De 1894 a 1896 va ser professor de la universitat de Montpeller i de 1896 a 1903 va ser-ho a la de Lió.[9] A Lió es va casar amb Marie-Louisse Bianconi una jove d'origen cors, qui seria la seva parella durant tota la vida. Abans de tornar a París encara va ser professor a Nancy fins al 1909, lloc on va néixer el seu fill, i també important matemàtic, Henri Cartan.[10] Altres dos fills seus van morir tràgicament: Jean Cartan, un compositor, va morir el 1932 de tuberculosi amb només 25 anys i Louis Cartan, físic a la universitat de Poitiers va ser membre de la Resistència francesa i el 1943 va ser detingut i assassinat pels nazis.
A partir de 1909 i fins a la seva jubilació el 1940, va ser professor de la Facultat de Ciències de la Sorbona, donant classes simultàniament a l'École Normale Supérieure.
Va morir a París el 1951, després d'una llarga malaltia.
Cartan va rebre nombrosos premis i honors i va ser membre de diverses institucions científiques de tot el món, inclosa la Royal Society.
O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. «Élie Cartan» (en anglès). MacTutor History of Mathematics archive. School of Mathematics and Statistics, University of St Andrews, Scotland.
Dieudonné, Jean. «Cartan, Élie». Complete Dictionary of Scientific Biography, 2008. [Consulta: 8 juny 2019].(anglès)
«Élie-Joseph Cartan». Encyclopædia Britannica, 1998. [Consulta: 8 juny 2019].(anglès)
«Élie Cartan Papers». Académie des Sciences, 2009. [Consulta: 9 juny 2019].(francès)